JP2005303120A - Method for simulating characteristic of semiconductor device, structure design of semiconductor device by using the method, and manufacturing method - Google Patents
Method for simulating characteristic of semiconductor device, structure design of semiconductor device by using the method, and manufacturing method Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の特性シミュレーション方法およびその方法を用いた半導体装置の構造設計方法ならびに製造方法に関するものであり、特に、パワーデバイスの特性シミュレーションおよびパワーデバイスを有する半導体装置の構造設計方法ならびに製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device characteristic simulation method, and a semiconductor device structure design method and manufacturing method using the method, and more particularly, to a power device characteristic simulation and a semiconductor device structure design method and manufacture having a power device. Regarding the method.
従来より、パワーデバイス分野では、TCAD(Technology Computer Aided Design)と呼ばれる計算機(コンピュータ)上での半導体デバイスの解析と設計に必要なソフトウェアを利用することで、デバイス構造設計の効率化が図られている。 Conventionally, in the power device field, the software required for analysis and design of semiconductor devices on a computer (computer) called TCAD (Technology Computer Aided Design) has been used to improve the efficiency of device structure design. Yes.
そして、パワーデバイスのサージ解析、耐圧DC特性など素子全体の挙動をシミュレートする方法としては、以下の方法がある。 As a method for simulating the behavior of the entire device such as surge analysis of a power device and withstand voltage DC characteristics, there are the following methods.
例えば、IGBTのサージ解析を行う場合、セル領域と、セル周辺領域とをモデル化したIGBTのシミュレーションモデルを作成する。 For example, when performing IGBT surge analysis, an IGBT simulation model in which a cell region and a cell peripheral region are modeled is created.
このとき、セル領域のモデルを、P+型半導体基板(コレクタ領域)の上に順に形成されたN+型バッファ層、N−型ドリフト領域およびP型ベース領域と、P型ベース領域の表層部に形成されたN+型エミッタ領域と、P型ベース領域およびN+型エミッタ領域を貫通するトレンチ内に形成されたゲート絶縁膜およびゲート電極と、エミッタ領域、コレクタ領域とそれぞれ電気的に接続されたエミッタ電極、コレクタ電極とを有する構造とする。 At this time, a model of the cell region is obtained by converting an N + type buffer layer, an N − type drift region, a P type base region, and a surface layer portion of the P type base region, which are sequentially formed on the P + type semiconductor substrate (collector region). and the N + -type emitter region formed in the gate insulating film and a gate electrode formed in a trench penetrating through the P-type base region and the N + -type emitter region, the emitter region, respectively and the collector region is electrically connected to A structure having an emitter electrode and a collector electrode.
また、セル周辺領域のモデルを、P+型半導体基板の上に順に形成されたN+型バッファ層、N−型ドリフト領域と、N−型ドリフト領域の表層に形成されたガードリング等を有する構造とする。 Moreover, the model of the cell edge region, N + -type buffer layer formed in this order on a P + -type semiconductor substrate, N - has a guard ring formed in the surface layer of the type drift region like - -type drift region, N Structure.
そして、それぞれのモデルのN+型バッファ層同士を、連結抵抗を介して、電気的に接続する。 Then, the N + type buffer layers of the respective models are electrically connected through a coupling resistor.
このような構造のシミュレーションモデルを用いて、TCADにより、サージ解析が行われる(例えば、特許文献1参照)。 Surge analysis is performed by TCAD using a simulation model having such a structure (see, for example, Patent Document 1).
なお、このようなシミュレーションモデルは、通常、ユーザがドローツール(ソフトウェア)を用いてパワーデバイスの各構成要素の座標(数値)をコンピュータに入力することで、形成される。すなわち、パワーデバイスのうち、モデル化したい部分の座標(x、y、z)がTCADに入力され、さらに、これらの座標点の組み合わせにより、パワーデバイスの構成要素(シリコン、酸化膜、不純物導入領域等)が指定されることで、シミュレーションモデルが作成される。この座標入力は、セルをモデル化する場合であれば、セルの全点の座標を入力する必要があり、特に3D構造のモデル作成は非常に手間が掛かっていた。
しかし、上記した構造のシミュレーションモデルは、PolySiにより構成されているゲート電極の抵抗や、エミッタ、コレクタ電極の配線抵抗が考慮された構造ではなかった。このため、上記した構造のシミュレーションモデルでは、セル領域から電極端子(パッド)までの距離と、セル周辺領域から電極端子(パッド)までの距離との遠近による配線抵抗差が再現されていなかった。 However, the above-described simulation model of the structure is not a structure that takes into account the resistance of the gate electrode made of PolySi and the wiring resistance of the emitter and collector electrodes. For this reason, in the simulation model having the above structure, the wiring resistance difference due to the distance between the distance from the cell region to the electrode terminal (pad) and the distance from the cell peripheral region to the electrode terminal (pad) has not been reproduced.
実際のパワーデバイスでは、セル領域とセル周辺領域とにおける配線抵抗差によって、セル領域に流れる電流とセル周辺領域に流れる電流の大きさが異なるという電流の偏りが生じる。そして、この電流の偏りがサージによる局所破壊の要因となる。 In an actual power device, a current bias that the current flowing in the cell region and the current flowing in the cell peripheral region differ due to the wiring resistance difference between the cell region and the cell peripheral region. This current bias causes local breakdown due to surge.
したがって、上記したシミュレーション方法では、サージによる局所破壊の要因となるセル領域とセル周辺領域とにおける電流の偏りが再現できていなかったため、パワーデバイスのサージ解析において、正確に計算することができなかった。 Therefore, in the simulation method described above, the current bias in the cell region and the cell peripheral region, which cause local breakdown due to surge, could not be reproduced, so it was not possible to calculate accurately in surge analysis of power devices. .
なお、このような問題は、単一のパワーデバイスから構成されているディスクリート素子だけでなく、同一の基板上に、パワーデバイス、バイポーラトランジスタ、CMOS等が形成されている複合ICにおいても、同様に生じる。そして、複合ICは、通常、単一のパワーデバイスから構成されているディスクリート素子と比較して、電極配線が薄く、配線抵抗が大きいため、セル領域やセル周辺領域からパッドまでの距離による電流の偏りが生じやすい。このため、複合ICの方が単一のパワーデバイスから構成されているディスクリート素子よりも、上記した問題が、特に顕著となる。 Note that this problem is not limited to a discrete element composed of a single power device, but also to a composite IC in which a power device, a bipolar transistor, a CMOS, and the like are formed on the same substrate. Arise. In general, a composite IC has a thin electrode wiring and a large wiring resistance as compared with a discrete element composed of a single power device. Therefore, a current generated by a distance from a cell region or a cell peripheral region to a pad is reduced. Bias tends to occur. For this reason, the above-described problem is particularly noticeable in the composite IC than in the discrete element configured from a single power device.
また、上記したシミュレーション方法では、一度シミュレーションしたモデルを、他のモデルに変更してシミュレーションを行う場合、コンピュータに別途、ユーザが座標を入力し直さなければならない。例えば、LOCOS法により形成された酸化膜の幅を変更する場合、どの点からどの点までが酸化膜かを指定する必要があるため、座標を再入力する必要がある。 In the simulation method described above, when a simulation is performed by changing a model once simulated to another model, the user has to input coordinates again to the computer. For example, when changing the width of the oxide film formed by the LOCOS method, it is necessary to specify from which point to which point the oxide film is, and therefore it is necessary to input coordinates again.
このため、特に、シミュレーションモデルを3次元構造とした場合のように、入力すべき座標が多い場合では、非常に手間がかかり、ユーザの作業効率が悪いという問題があった。 For this reason, in particular, when there are many coordinates to be input as in the case where the simulation model has a three-dimensional structure, there is a problem that it takes much time and the user's work efficiency is poor.
本発明は、上記点に鑑み、パワーデバイス(素子)を有する半導体装置の特性シミュレーションおよびそのシミュレーション方法を用いた半導体装置の構造設計、製造方法において、素子に電圧が印加されているときの素子全体の挙動を、従来よりも正確に計算できるようにすることを第1の目的とし、従来よりも作業効率を高くすることを第2の目的とする。 In view of the above points, the present invention provides the entire device when a voltage is applied to the element in the characteristic simulation of the semiconductor device having the power device (element) and the structure design and manufacturing method of the semiconductor device using the simulation method. The first object is to make it possible to calculate the above behavior more accurately than in the prior art, and the second object is to increase the work efficiency compared to the prior art.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1の電極(3、4、22)を有する第1のセル(1)と、第1の電極(3、4、22)と並列に電気的に接続された第2の電極(3、4、22)を有する第2のセル(2、2a、2b、2c)と、第1の電極(3、4、22)および第2の電極(3、4、22)の両方と配線(24、26、28)により電気的に接続されている電極端子(25、27、29)と、第1の電極(3、4、22)と電極端子(25、27、29)とを接続する配線(24、26、28)内であって、かつ、第2の電極(3、4、22)と電極端子(25、27、29)とを接続する配線(24a、26a、28a)内に配置されている第1の抵抗(31、33、35)と、第1の電極(3、4、22)と電極端子(25、27、29)とを接続する配線(24、26、28)内であって、第2の電極(3、4、22)と電極端子(25、27、29)とを接続する配線(24a、26a、28a)内を除く位置(24b、26b、28b)に配置されている第2の抵抗(32、34、36)とを有する構造のシミュレーションモデルを用いて、半導体装置の特性をシミュレートすることを特徴としている。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first cell (1) having the first electrode (3, 4, 22), the first electrode (3, 4, 22), A second cell (2, 2a, 2b, 2c) having a second electrode (3, 4, 22) electrically connected in parallel, a first electrode (3, 4, 22) and a second Electrode terminals (25, 27, 29) and first electrodes (3, 4, 22) electrically connected to both electrodes (3, 4, 22) by wiring (24, 26, 28). And in the wiring (24, 26, 28) connecting the electrode terminal (25, 27, 29) and the second electrode (3, 4, 22) and the electrode terminal (25, 27, 29) A first resistor (31, 33, 35) disposed in the wiring (24a, 26a, 28a) connecting the first electrode (3, 4, 22), and In the wiring (24, 26, 28) connecting the electrode terminals (25, 27, 29), the second electrode (3, 4, 22) and the electrode terminals (25, 27, 29) are connected. Using a simulation model of a structure having a second resistor (32, 34, 36) arranged at a position (24b, 26b, 28b) excluding the inside of the wiring (24a, 26a, 28a) to be It is characterized by simulating characteristics.
シミュレーションモデルの構造を、このように第1の抵抗および第2の抵抗を有する構造とすることで、シミュレーションモデルに、実際のパワーデバイスが有する電極の配線抵抗を含ませることができる。 By setting the structure of the simulation model to the structure having the first resistance and the second resistance in this way, the wiring resistance of the electrodes of the actual power device can be included in the simulation model.
そして、シミュレーションモデルの構造を、第1のセルが有する第1の電極と電極端子とを接続する配線内に第1の抵抗と第2の抵抗の両方を配置し、第2のセルが有する第2の電極と電極端子とを接続する配線内に第1の抵抗と第2の抵抗のうち、第1の抵抗のみを配置した構造とすることで、パワーデバイスが有する複数のセルにおける電極から電極端子までの距離が異なることによる電極の配線抵抗差を再現することができる。 Then, the structure of the simulation model is obtained by arranging both the first resistor and the second resistor in the wiring connecting the first electrode and the electrode terminal of the first cell, and the second cell has By adopting a structure in which only the first resistor of the first resistor and the second resistor is disposed in the wiring connecting the two electrodes and the electrode terminal, the electrodes from the electrodes in the plurality of cells of the power device are provided. It is possible to reproduce the wiring resistance difference of the electrodes due to the difference in distance to the terminals.
これにより、本発明によれば、シミュレーション対象となる実際のパワーデバイスで発生する電流の偏りを再現して、素子に電圧が印加されているときの素子全体の挙動を計算することができる。この結果、本発明によれば、従来のシミュレーション方法よりも、素子全体の挙動を正確に計算することができる。 As a result, according to the present invention, it is possible to calculate the behavior of the entire element when a voltage is applied to the element by reproducing the current bias generated in the actual power device to be simulated. As a result, according to the present invention, the behavior of the entire device can be calculated more accurately than the conventional simulation method.
なお、第1の抵抗および第2の抵抗の抵抗値は、モデル化する実際のセルにおける電極端子までの距離を考慮して、任意に設定される。 Note that the resistance values of the first resistor and the second resistor are arbitrarily set in consideration of the distance to the electrode terminal in the actual cell to be modeled.
例えば、請求項2に示すように、複数のセルが配置されている平面レイアウトにおいて、内部に位置するセルをモデル化したものを第1のセルとし、平面レイアウトにおける内部のセルの周辺に位置するセルをモデル化したものを第2のセルとした場合では、周辺に位置する第2の抵抗(32、34、36)の抵抗値を第1の抵抗(31、33、35)の抵抗値よりも大きくなるように設定することができる。
For example, as shown in
これは、電極端子は、通常、平面レイアウトにおいて、セルの外周に配置されており、内部のセルの方が、周辺部のセルよりも電極端子までの距離が遠いためである。 This is because the electrode terminals are usually arranged on the outer periphery of the cell in a planar layout, and the internal cells are farther away from the peripheral cells than the peripheral cells.
また、請求項3に記載の発明では、コンピュータに所定の寸法を入力し、コンピュータにより、寸法に基づいて、複数の座標を算出し、シミュレーションモデルを作成するようにしたことを特徴としている。
The invention according to
このように、座標間の寸法から座標を算出し、算出された座標からシミュレーションモデルを作成するようにすることで、シミュレーションモデルを作成するために、全点の座標をコンピュータに入力する場合と比較して、コンピュータに入力する項目を、減少させることができる。 In this way, by calculating the coordinates from the dimensions between the coordinates and creating the simulation model from the calculated coordinates, compared with the case where the coordinates of all points are input to the computer in order to create the simulation model Thus, items to be input to the computer can be reduced.
これにより、一度シミュレーションしたモデルを別のモデルに変更して、シミュレーションを行う場合、コンピュータに全点の座標を入力する場合と比較して、入力項目が少ないので、コンピュータに全点の座標を入力する場合と比較して、作業効率を向上させることができる。 This allows you to change the model once simulated to another model and perform the simulation, because there are fewer input items than when inputting the coordinates of all points to the computer. Compared with the case where it does, work efficiency can be improved.
請求項4に記載の発明では、複数の構成部のうち、異なる材料から構成されている構成部(5、11、22)同士の境界面(5a、5b、5c)を、半導体基板(17)の主表面に対して平行もしくは垂直な面に近似したことを特徴としている。
In the invention according to
例えば、シミュレーション対象のパワーデバイスにおいて、構成部がテーパ形状である場合、そのテーパ形状を直方体に近似したものをシミュレーションモデルとすることで、シミュレーション対象のテーパ形状を直方体に近似しない構造としたと比較して、計算の収束性が低下する要因となる不規則なメッシュ数を減少させることができる。 For example, in the power device to be simulated, if the component part is a tapered shape, a simulation model that approximates the tapered shape to a rectangular parallelepiped, compared with a structure that does not approximate the simulated tapered shape to a rectangular parallelepiped Thus, it is possible to reduce the number of irregular meshes that causes a decrease in the convergence of calculation.
これにより、シミュレーションモデルを、シミュレーション対象のテーパ形状を直方体に近似しない構造とした倍と比較して、計算の収束性を上げ、計算時間を短縮させたり、計算自体を可能としたりすることができる。 This makes it possible to increase the convergence of the calculation, shorten the calculation time, and enable the calculation itself, compared with the simulation model in which the taper shape of the simulation target is a structure that does not approximate a rectangular parallelepiped. .
また、請求項5に示すように、第1および第2のセル(1、2、2a、2b、2c)を3次元構造とすることができる。
Further, as shown in
これにより、シミュレーションモデルを2次元構造とした場合と比較して、高精度な計算結果を得ることができる。 Thereby, compared with the case where a simulation model is made into a two-dimensional structure, a highly accurate calculation result can be obtained.
また、請求項6に示すように、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置の特性シミュレーション方法によるシミュレート結果を用いて、半導体装置のデバイス構造を設計することができる。
Further, as shown in
また、請求項7に示すように、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置の特性シミュレーション方法によるシミュレート結果を用いてデバイス設計を行い、デバイス設計に基づいて半導体素子を形成することができる。 According to a seventh aspect of the present invention, device design is performed using a simulation result obtained by the semiconductor device characteristic simulation method according to any one of the first to fifth aspects, and a semiconductor element is formed based on the device design. can do.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
本実施形態では、パワーMOSトランジスタ(LDMOS)のサージ解析を行う場合を例として説明する。なお、本実施形態は、主に、特性シミュレーションに用いられるシミュレーションモデルの構造と作成方法が従来と異なっている。
(First embodiment)
In the present embodiment, a case where a surge analysis of a power MOS transistor (LDMOS) is performed will be described as an example. Note that the present embodiment is different from the prior art mainly in the structure and creation method of a simulation model used for characteristic simulation.
図1に、本発明の第1実施形態における特性シミュレーションに用いられるシミュレーションモデルを示す。また、図2に図1中の内部セル1の平面図を示し、図3に図1中の内部セル1の断面構造(図1中の斜線領域の拡大図)を示し、図4に図1中の周辺部セル2の断面構造(図1中の斜線領域の拡大図)を示す。
FIG. 1 shows a simulation model used for characteristic simulation in the first embodiment of the present invention. 2 shows a plan view of the internal cell 1 in FIG. 1, FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the internal cell 1 in FIG. 1 (an enlarged view of the hatched area in FIG. 1), and FIG. The cross-sectional structure (enlarged view of the hatched area in FIG. 1) of the
一方、図5にシミュレーション対象であるLDMOSの平面図を示し、図6に図5のLDMOSのA−A’線断面を示す。また、図7〜11に、図5のLDMOSの分解図を示す。なお、図7のパターン上に、図8〜11のパターンを順に積み重ねたものが、図5のLDMOSである。 On the other hand, FIG. 5 shows a plan view of the LDMOS to be simulated, and FIG. 6 shows a cross section along line A-A ′ of the LDMOS of FIG. 5. 7 to 11 are exploded views of the LDMOS of FIG. The LDMOS shown in FIG. 5 is obtained by sequentially stacking the patterns shown in FIGS. 8 to 11 on the pattern shown in FIG.
まず、シミュレーション対象のLDMOSの構造について説明する。 First, the structure of the LDMOS to be simulated will be described.
本実施形態のシミュレーション対象であるLDMOSは、複合IC用のパワーデバイスとして形成されているものであり、SOI基板上に形成されている。 The LDMOS that is a simulation target of the present embodiment is formed as a power device for a composite IC, and is formed on an SOI substrate.
LDMOSは、図5に示すように、複数のドレインセル41および複数のソースセル42が配置されているセル領域と、セル領域の周りに配置され、ゲートコンタクト43が設けられているゲート配線領域と、さらに、その周りに配置され、セル領域に形成されている電極と電気的に接続されている電極端子(パッド)44とを有している。
As shown in FIG. 5, the LDMOS includes a cell region in which a plurality of
ドレインセル41では、図6に示すように、P+型Si基板45と埋め込み酸化膜(SiO2)46とN+型Si層47とN−型Si層11とを有するSOI基板48のN−型Si層11にN型ウェル層12が形成され、N型ウェル層12の表層にN+型コンタクト層13が形成されている。
In the
また、ドレインセル41では、SOI基板48の主表面上であって、N型ウェル層12の両端部上に、LOCOS法により形成された酸化膜(LOCOS酸化膜)5が配置されている。このLOCOS酸化膜5の端部は、バーズビークと呼ばれるテーパ形状となっている。
In the
さらに、SOI基板48の表面上にBPSG膜49、1stAl配線50、50a、TEOS膜51、2ndAl配線52、52a、SiN膜53が順に配置されている。1stAl配線50aは、BPSG膜46に形成されたコンタクトホールを介して、N+型コンタクト層13と電気的に接続されており、2stAl配線52aは、TEOS膜51に形成されたヴィアホールを介して1stAl配線50aと電気的に接続されている。この1stAl配線50aおよび2stAl配線52a等がドレイン電極である。
Further, on the surface of the
ソースセル42では、SOI基板48のN−型Si層11のうち、ドレインセル41領域と異なる領域に、チャネルP型ウェル層14が形成され、チャネルP型ウェル層14内にN+型層15およびP+型層16が形成されている
ソースセル42では、N−型Si層11とチャネルP型ウェル領域14の表面上にゲート酸化膜21が形成されており、ゲート酸化膜21上にPolySiにより構成されたゲート電極22が形成されている。
In the
また、ソースセル42にも、SOI基板48の表面上にBPSG膜46、1stAl配線50、50b、TEOS膜51、2ndAl配線52、52b、SiN膜53が順に配置されている。1stAl配線50bは、BPSG膜46に形成されたコンタクトホールを介して、P+型層15およびN+型層16と電気的に接続されており、2stAl配線52bは、TEOS膜51に形成されたヴィアホールを介して1stAl配線50bと電気的に接続されている。この1stAl配線50bおよび2stAl配線52bがソース電極である。
Also in the
ドレインセル41およびソースセル42は、図7に示すように、平面レイアウトにおいて、図中縦、横方向に交互に配置されている。なお、図7では、ドレインセル41とソースセル42内に、それぞれ、ドレイン電極とN+型コンタクト層13の接触面(ドレインコンタクト)3と、ソース電極とP+型層15およびN+型層16との接触面(ソースコンタクト)4とを示している。また、LDMOS全体の面積は、数mm2程度であり、セルピッチ54は、例えば10μmである。
As shown in FIG. 7, the
ゲート配線領域では、図6に示すように、SOI基板48の表面上に、LOCOS酸化膜5が形成されている。このLOCOS酸化膜5の表面上に、セル領域からPolySiにより構成されたゲート電極22が延びて配置されており、このゲート電極22がBPSG膜46上の1stAlにより構成されたゲート電極配線50cと電気的に接続されている。
In the gate wiring region, a
なお、図6では省略しているが、ゲート配線領域には、図7に示すように、素子分離用のトレンチ55が形成されている。
Although omitted in FIG. 6, a
また、上記したゲート電極22は、図8に示すように、LDMOSの基板表面全体に形成されたPolySiの不要な部分が除去されたパターンとなっている。そして、セル領域の周辺領域(ゲート配線領域)に、ゲート電極22とゲート配線50cとの接触面であるゲートコンタクト43が配置されている。
Further, as shown in FIG. 8, the
また、図9に示すように、ドレイン電極およびソース電極を構成する1stAl50a、50bは、平面レイアウトにおいて、セル領域上で、帯状のソース電極50bおよびドレイン電極50aが交互に、斜めに配置されている。また、ゲート配線を構成する1stAl50cは、図9に示すように、セル領域を囲むように、正方形の枠状に配置されている。なお、このゲート配線を構成する1stAl50cは、図中左下側の部分50dがゲート用端子となっており、このゲート端子を介して、図示しないゲート駆動回路と電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 9, in the
また、電極端子44が形成されている領域においても、ドレイン電極およびソース電極とそれぞれ接続される1stAl配線50e、50fが配置されている。
Also in the region where the
そして、これらの1stAl50a、50b、50c、50e、50fは、図10に示すドレイン電極用のヴィア56aと、ソース電極用のヴィア56bと、電極端子44用のヴィア56c、56dとにより、2ndAl配線52a、52b、52c、52dと電気的に接続される。
These
また、ドレイン電極およびソース電極を構成する2ndAl配線52は、図11に示すように、セル領域の部分52a、52bが、図中左右両方向に延びる帯状の形状となっており、平面レイアウトにおいて、交互に配置されている。そして、セル領域の2ndAl配線52a、52bは、電極端子44の領域に形成された2ndAl52c、52dとそれぞれ接続された形状となっている。このようにして、セル領域のドレイン電極とソース電極とがそれぞれ、ドレイン電極端子44とソース電極端子44とに電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 11, the
次に、上記した構造のLDMOSのシミュレーションモデルについて説明する。図1に示すシミュレーションモデルは、LDMOSの構造を内部と周辺部とに分割した3D(3次元構造)モデルであり、内部セル1と、周辺部セル2とにより構成される。この内部セル1、周辺部セル2がそれぞれ本発明の第1のセル、第2のセルに相当する。
Next, a simulation model of the LDMOS having the above structure will be described. The simulation model shown in FIG. 1 is a 3D (three-dimensional structure) model in which the LDMOS structure is divided into an inner part and a peripheral part, and includes an internal cell 1 and a
ここで、LDMOSの内部とは、図7に示すセル領域およびゲート配線領域のうち、内部側の領域であり、例えば、ドレインセル41に着目した場合、ドレインセル41が4方向からソースセル42により囲まれている領域のことである。このように、内部とは、ドレインセル41およびソースセル42が周期的に配置されている領域のことを意味する。
Here, the inside of the LDMOS is a region on the inner side of the cell region and the gate wiring region shown in FIG. 7. For example, when attention is paid to the
一方、LDMOSの周辺部とは、図7に示すセル領域およびゲート配線領域のうち、上記した内部の周辺の領域であり、例えば、ドレインセル41が3方向、2方向からソースセル42により囲まれている領域のことである。このように、周辺部とは、ドレインセル41およびソースセル42の周期性が、内部と異なる領域のことを意味する。
On the other hand, the peripheral portion of the LDMOS is the inner peripheral region of the cell region and the gate wiring region shown in FIG. 7, for example, the
このように、LDMOSは、平面レイアウトにおいて、ドレインセル41およびソースセル42の周期性の観点から、内部と周辺部の2つに大きく分類される。
As described above, the LDMOS is roughly classified into two types, that is, the inner part and the peripheral part in terms of the periodicity of the
そこで、本実施形態では、シミュレーションモデルを内部セル1と、周辺部セル2とにより構成している。この内部セル1、周辺部セル2は、具体的には、それぞれ、図7に示すセル領域のうち、図中の中央に位置する破線領域Bと、その周辺に位置する破線領域Cとをモデル化したものである。なお、図1では、図5、6と同様の構成部には、同一の符号を付している。
Therefore, in this embodiment, the simulation model is configured by the internal cell 1 and the
シミュレーションモデルの内部セル1は、断面構造が図6中の破線領域Dの断面構造と同様であり、図6に示すように、ドレインセル41のドレインコンタクト3の中心からソースセル42のソースコンタクト4の中心までの領域を単一セルとしたときの単一セルに相当する。
The internal cell 1 of the simulation model has the same cross-sectional structure as that of the broken line region D in FIG. 6, and the
一方、シミュレーションモデルの周辺部セル2は、断面構造が図6中の破線領域Eの断面構造と同様であり、上記した単一セルの1.5個分とゲート配線領域とを有している。
On the other hand, the
図1中の内部セル1は、図2に示すように、平面形状が略正方形であり、その略正方形の4隅にドレインコンタクト3、ソースコンタクト4が隣り合うように、交互に配置されている。
As shown in FIG. 2, the internal cells 1 in FIG. 1 have a substantially square planar shape and are alternately arranged so that the
そして、図1中の内部セル1は、平面上において、図2中の左下から右下に向かって、ドレインコンタクト3、LOCOS酸化膜5、ゲート酸化膜6、ソースコンタクト4が順に配置されている。なお、図1、2では、ドレイン電極18、ソース電極20、ゲート電極22を省略している。
1 has a
また、図1中の内部セル1は、図3に示すように、N−型Si層11と、N−型Si層11の表層に形成されたN型ウェル層12と、N型ウェル層12の表層に形成されたN+型コンタクト層13と、N−型Si層11の表層であって、N型ウェル層12と異なる領域に形成されたP型ウェル層14と、P型ウェル層14の表層に形成されたN+型層15およびP+型層16とを有する断面構造となっている。
The internal cell 1 in FIG. 1, as shown in FIG. 3, N - -
また、図1中の内部セル1は、図3に示すように、N−型Si層11、N型ウェル層12およびP型ウェル層14を有する基板17の主表面上であって、N+型コンタクト層13上に配置されたドレイン電極18と、N型ウェル層12とN−型Si層11との上に配置されたLOCOS酸化膜19と、P+型層16およびN+型層15の上に配置されたソース電極20と、P型ウェル層14とN−型Si層11との上に配置されたゲート酸化膜21と、ゲート酸化膜21とLOCOS酸化膜5の上に形成され、PolySiにより構成されたゲート電極22とを有している。
The internal cell 1 in FIG. 1, as shown in FIG. 3, N - A on the main surface of the
そして、本実施形態では、LOCOS酸化膜5の端部5aにおけるテーパ形状をN−型Si層11の表面に平面な面もしくは垂直な面としている。また、N−型Si層11の表面のうち、LOCOS酸化膜5との境界面5bを、基板17の主表面に平行な面もしくは垂直な面としている。また、ゲート電極22のうち、LOCOS酸化膜5との境界面5cを基板17の主表面に平行な面もしくは垂直な面としている。このように、図1のモデルでは、LOCOS酸化膜5、ゲート電極22の形状を直方体としている。
In the present embodiment, the tapered shape at the
一方、図1中の周辺部セル2は、図4に示すように、図4中の左半分は内部セル1と同じ構造であり、右側半分にゲート配線領域が加えられた構造である。具体的には、周辺部セル2は、図4中の右側に示すように、N−型Si層11の表面上に配置されたLOCOS酸化膜5およびゲート酸化膜21と、LOCOS酸化膜5およびゲート酸化膜21の上に配置され、PolySiにより構成されたゲート電極22とを有している。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
そして、周辺部セル2においても、LOCOS酸化膜5の端部の面5aをテーパ形状でなく、基板17の主表面に平行な面もしくは垂直な面としている。また、N−型Si層11の表面のうち、LOCOS酸化膜5との境界面5bを、基板17の主表面に平行な面もしくは垂直な面としている。また、ゲート電極22のうち、LOCOS酸化膜5との境界面5cを基板17の主表面に平行な面もしくは垂直な面としている。これらの面5a、5b、5cが本発明の異なる材料から構成されている構成部同士の境界面に相当する。
Also in the
図1の内部セル1および周辺部セルは、図3、4に示すように、N−型Si層11の底面に、熱電極23が設けられている。この熱電極23は、半導体装置が通常有するヒートシンク等による素子からの放熱を考慮するための計算上の仮想電極である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the internal cell 1 and the peripheral cell in FIG. 1 are provided with a
また、図1に示すように、内部セル1および周辺部セル2が有する全てのドレイン電極18(ドレインコンタクト3)は、配線24により互いに並列に接続されており、さらに、ドレイン電極端子25と配線24により電気的に接続されている。このドレイン電極端子25が、図5中の電極端子44aに相当する。
Further, as shown in FIG. 1, all the drain electrodes 18 (drain contacts 3) of the internal cell 1 and the
同様に、内部セル1および周辺部セル2が有する全てのソース電極20(ソースコンタクト4)も、配線26により互いに並列に接続され、さらに、ソース電極端子27と配線26により電気的に接続されており、内部セル1および周辺部セル2が有する全てのゲート電極22(図1では省略されている)も配線28により互いに並列に接続されており、さらに、ゲート電極端子29と配線28により電気的に接続されている。ソース電極端子27、ゲート電極端子29がそれぞれ、図5中の電極端子44b、ゲート電極端子としての1stAl配線50dに相当する。図なお、モデル中の配線自体は、抵抗が無いものと仮定される。
Similarly, all the source electrodes 20 (source contacts 4) of the internal cell 1 and the
なお、内部セル1のドレイン電極18(ドレインコンタクト3)、ソース電極20(ソースコンタクト4)およびゲート電極22が本発明の第1の電極に相当し、周辺部セル2のドレイン電極18(ドレインコンタクト3)、ソース電極20(ソースコンタクト4)およびゲート電極22が本発明の第2の電極に相当する。また、破線24、26、28が本発明の配線に相当する。
The drain electrode 18 (drain contact 3), the source electrode 20 (source contact 4) and the
そして、図1に示すように、本実施形態のシミュレーションモデルは、内部セル1のドレイン電極18(図1ではドレインコンタクト3のみ表示)とドレイン電極端子25とを接続する配線24内であって、かつ、配線24のうち、周辺部セル2のドレイン電極18(ドレインコンタクト3)とドレイン電極端子25とを接続する配線24a内に配置されている第1のドレイン電極用抵抗31と、内部セル1のドレイン電極18(ドレインコンタクト3)とドレイン電極端子25とを接続する配線24内であって、かつ、配線24のうち、周辺部セル2のドレイン電極18(ドレインコンタクト3)とドレイン電極端子25とを接続する配線24a内を除く配線24b内にのみ配置されている第2のドレイン電極用抵抗32とを有している。
As shown in FIG. 1, the simulation model of the present embodiment is in the
すなわち、本実施形態では、シミュレーションモデルの構造を、内部セル1が有するドレイン電極18(ドレインコンタクト3)とドレイン電極端子25とを接続する配線24内に第1のドレイン電極用抵抗31と第2のドレイン電極用抵抗32の両方が配置され、周辺部セル2が有するドレイン電極18(ドレインコンタクト3)とドレイン電極端子25とを接続する配線24a内に、第1のドレイン電極用抵抗31と第2のドレイン電極用抵抗32のうち、第1のドレイン電極抵抗32のみが配置された構造としている。これらの第1のドレイン電極用抵抗31、第2のドレイン電極用抵抗32がそれぞれ、本発明の第1の抵抗、第2の抵抗に相当する。
That is, in the present embodiment, the structure of the simulation model is configured such that the first
このとき、第1のドレイン電極用抵抗31の大きさは、図9、10、11に示す1stAl配線50a、ヴィア56aおよび2nd配線52aの幅(W)、長さ(L)、厚み(d)、材質特有の抵抗値より算出して設定される。すなわち、第1のドレイン電極用抵抗31の大きさは、図7中の周辺部(破線領域Cの位置)のセルからドレイン電極端子25までの平均距離と、電極配線50、52、56のパターン占有率とを考慮して設定される。
At this time, the first
第2のドレイン電極用抵抗32の大きさは、同様に、図7中の内部(破線領域Bの位置)のセルからドレイン電極端子25までの平均距離と、電極配線のパターン占有率とを考慮した抵抗値から、第1のドレイン電極用抵抗31の抵抗値を差し引いて、設定される。
Similarly, the size of the second
このとき、シミュレーション対象となるLDMOSでは、ドレイン電極18(ドレインコンタクト3)からドレイン電極端子25までの距離は、内部セル1の方が、周辺部セル2よりも長い。このため、第2のドレイン電極用抵抗32の方が第1のドレイン電極用抵抗31よりも、抵抗値が大きくなるように、それぞれの抵抗値が設定される。
At this time, in the LDMOS to be simulated, the distance from the drain electrode 18 (drain contact 3) to the
また、図1のシミュレーションモデルでは、内部セル1および周辺部セル2のソース電極20(図1ではソースコンタクト4のみ表示)とソース電極端子27とを電気的に接続している配線26内に、ドレインと同様に、第1のソース電極用抵抗33および第2のソース電極用抵抗34が配置されている。第1のソース電極用抵抗33および第2のソース電極用抵抗34の大きさは、第1のドレイン電極用抵抗31および第2のドレイン電極用抵抗32と同様に設定される。
Further, in the simulation model of FIG. 1, in the
また、図1のシミュレーションモデルでは、内部セル1および周辺部セル2のゲート電極22(ソースコンタクト4)とゲート電極端子29とを電気的に接続している配線28内に、ドレインと同様に、第1のゲート電極用抵抗35および第2のゲート電極用抵抗36が配置されている。
In the simulation model of FIG. 1, the
第1のゲート電極用抵抗35および第2のゲート電極用抵抗36の大きさも、図8、9に示すように、各セルからゲート電極端子50dまでの距離と、パターニングされたPolySi22のパターン占有率と、1stAl配線50cの幅(W)、長さ(L)、厚み(d)、材質特有の抵抗値とを考慮して設定される。
As shown in FIGS. 8 and 9, the sizes of the first
なお、第1のソース電極用抵抗33、第1のゲート電極用抵抗35が本発明の第1の抵抗に相当し、第2のソース電極用抵抗34、第2のゲート電極用抵抗36が本発明の第2の抵抗に相当する。
The first
次に、このように構成されたモデルを用いたサージ解析方法を説明する。まず、TCADソフトを有するコンピュータに、ユーザが構造パラメータを入力することで、コンピュータにより上記した構造のシミュレーションモデルが作成される。 Next, a surge analysis method using the model configured as described above will be described. First, when a user inputs structural parameters to a computer having TCAD software, a simulation model having the above-described structure is created by the computer.
上記背景技術の欄で説明したように、従来では、コンピュータにモデル化するセルの全座標を入力することで、シミュレーションモデルを作成していた。これに対して、本実施形態では、セルの全座標を入力しなくても、コンピュータに必要な構造パラメータのみでセルの座標を定義できる点に着目して、構造パラメータから座標をコンピュータにより自動的に計算するようにしている。 As described in the above background art section, conventionally, a simulation model is created by inputting all the coordinates of a cell to be modeled into a computer. On the other hand, in this embodiment, focusing on the fact that the coordinates of the cell can be defined only by the structural parameters necessary for the computer without inputting all the coordinates of the cell, the coordinates are automatically calculated from the structural parameters by the computer. I am trying to calculate.
この構造パラメータとは、シミュレーションモデルの設計基準となる寸法のことであり、
この寸法を組み合わせることで、プログラムに座標を計算させ、モデルを形成する。この構造パラメータが本発明の所定の寸法に相当する。
These structural parameters are the dimensions that serve as design criteria for the simulation model.
Combining these dimensions allows the program to calculate coordinates and form a model. This structural parameter corresponds to the predetermined dimension of the present invention.
図12(a)に構造パラメータの数値入力設定例を示し、図12(b)に構造パラメータから座標変数への変換例を示し、図12(c)に座標変数による電極の定義例を示す。 FIG. 12A shows an example of numerical input setting of the structural parameter, FIG. 12B shows an example of conversion from the structural parameter to the coordinate variable, and FIG. 12C shows an example of definition of the electrode by the coordinate variable.
図2では、内部セルの平面構造とともに平面方向の構造パラメータを示している。図2に示すように、例えば、CDはドレインコンタクト3の半分のサイズであり、MCDはドレインコンタクト3からLOCOS酸化膜5までの距離であり、LLはLOCOS酸化膜5の左端からN型ウェルのマスクの開口端までの距離であり、LRはLOCOS酸化膜5の右端からN型ウェルのマスクの開口端までの距離であり、GOXはゲート酸化膜21の幅であり、MCSはソースコンタクト4からゲート酸化膜21までの距離であり、CSはソースコンタクト4の半分のサイズであり、MPBはソースコンタクト4の端からP+型層16までの距離であり、WPOはドレインセル41におけるゲート電極22の幅である。
In FIG. 2, the structural parameters in the planar direction are shown together with the planar structure of the internal cell. As shown in FIG. 2, for example, CD is half the size of the
また、図示しないが、構造パラメータの垂直方向のパラメータとしては、ゲート酸化膜21の膜厚、拡散深さ、濃度などがある。また、モデル作成に必要なその他の入力事項としては、濃度プロファイル(深さ)や、シミュレーションを行うために必要なメッシュの大きさ、粗さがある。
Although not shown, the vertical parameters of the structural parameters include the film thickness, diffusion depth, and concentration of the
そして、図12(a)に示すように、このような構造パラメータに対して、数値を入力する。例えば、LRに4.0μm、CDに1.5μmを入力する。 Then, as shown in FIG. 12A, numerical values are input for such structural parameters. For example, 4.0 μm is input to LR and 1.5 μm is input to CD.
このような構造パラメータが、コンピュータに直接入力されると、図12(b)に示す計算式のような予め組まれたプログラムにより、シミュレーションモデルを記述する座標が、入力されたパラメータを使って全て自動的に計算される。 When such structural parameters are directly input to the computer, the coordinates describing the simulation model are all set using the input parameters by a pre-configured program such as the calculation formula shown in FIG. Calculated automatically.
これにより、図12(c)に示すように、例えば、ドレインコンタクト3を構成する座標、すなわち、図2中の座標P1、P3、P18、P20が特定される。このようにしてモデルの作成に必要な全座標が算出された後、TCADにより、従来と同様に、シミュレーションモデルが作成される。
Thereby, as shown in FIG. 12C, for example, coordinates constituting the
次に、ユーザは、実際のLDMOSを考慮して、上記した方法により作成さえる内部セル1と周辺部セル2の基本セルモデルの数を、それぞれコンピュータに入力する。また、サージ解析を行うために必要な回路構成をコンピュータに入力する。
Next, in consideration of actual LDMOS, the user inputs the number of basic cell models of the internal cell 1 and the
ここで、図13にLDMOSに対してサージを印加する場合における回路の構成例を示す。図13に示すように、例えば、ドレイン電極端子25に、1μHのコイル61と150Ωの抵抗62と150pFのコンデンサ63とを直列に接続し、コンデンサ63を接地する。一方、ソース電極端子27を接地し、ゲート電極端子29を10kΩの抵抗64を介して、接地する。そして、ドレイン電極18に対して、25kVのサージ電圧が印加され、ドレイン電極18にサージ電流が流れる場合を想定する。
Here, FIG. 13 shows a configuration example of a circuit when a surge is applied to the LDMOS. As shown in FIG. 13, for example, a 1
ユーザがこのような条件を入力することで、この場合における内部セル1および周辺セルに流れる電流値が、コンピュータにより算出される。 When the user inputs such conditions, the current values flowing in the internal cell 1 and the peripheral cells in this case are calculated by the computer.
そして、このようにして得られたシミュレート結果を用いてデバイス設計を行い、このデバイス設計に基づいてLDMOSの形成を行うことで、半導体装置が製造される。 Then, a device design is performed using the simulation result thus obtained, and an LDMOS is formed based on the device design, whereby a semiconductor device is manufactured.
以上説明したように、本実施形態では、シミュレーションモデルを内部セル1と、周辺部セル2とにより構成している。そして、内部セル1が有するドレイン電極18と、周辺部セル2が有するドレイン電極18の全てを並列に接続し、これらのドレイン電極18をドレイン電極端子25と電気的に接続している。
As described above, in this embodiment, the simulation model is configured by the internal cell 1 and the
さらに、内部セル1のドレイン電極18とドレイン電極端子25とを接続する配線24内であって、かつ、周辺部セル2のドレイン電極18とドレイン電極端子25とを接続する配線24内に第1のドレイン電極用抵抗31を配置している。また、内部セル1のドレイン電極18とドレイン電極端子25とを接続する配線24内であって、かつ、周辺部セル2のドレイン電極18とドレイン電極端子25とを接続する配線24a内を除く位置24bに第2のドレイン電極用抵抗32を配置している。
Further, in the
内部セル1および周辺部セル2がソース電極20、ゲート電極22においても、同様に、ソース電極端子27、ゲート電極端子29と電気的に接続し、第1のソース電極用抵抗33および第2のソース電極用抵抗34、第1のゲート電極用抵抗35および第2のゲート電極用抵抗36を配置している。
Similarly, in the
そして、例えば、第1のドレイン電極用抵抗31の大きさを周辺部のセルからドレイン電極端子25までの平均距離と、電極配線のパターン占有率とを考慮して設定し、第2のドレイン電極用抵抗32の大きさを、内部のセルからドレイン電極端子25までの平均距離と、電極配線のパターン占有率とを考慮した抵抗値から、第1のドレイン電極用抵抗31の抵抗値を差し引いた大きさに設定している。
For example, the size of the first
シミュレーションモデルをこのような構造とすることで、LDMOSの内部と周辺部のセルにおける電極(コンタクト面)から電極端子44までの距離が異なることによる電極の配線抵抗差を再現することができる。
By making the simulation model such a structure, it is possible to reproduce the wiring resistance difference of the electrodes due to the difference in the distance from the electrode (contact surface) to the
そして、本実施形態では、このような構造のシミュレーションモデルを用いて、TCADにより、サージ解析を行うようにしている。 In this embodiment, surge analysis is performed by TCAD using a simulation model having such a structure.
これにより、電流の偏りなどサージ印加時のLDMOSに発生する電流の偏りを再現して、LDMOS全体におけるサージ印加時の局所破壊の解析が行える。すなわち、本実施形態によれば、従来のシミュレーション方法よりも、サージ印加時のLDMOS全体の挙動を正確に計算することができる。 As a result, the current bias generated in the LDMOS at the time of surge application such as current bias can be reproduced, and the local breakdown at the time of surge application in the entire LDMOS can be analyzed. That is, according to the present embodiment, the behavior of the entire LDMOS at the time of surge application can be calculated more accurately than in the conventional simulation method.
また、本実施形態では、上記したように、TCADを有するコンピュータに、ユーザが構造パラメータの数値を入力した後、コンピュータに、図12(c)に示す計算式のような予め組まれたプログラムにより、入力された構造パラメータの数値からシミュレーションモデルを記述する座標を自動的に計算させている。 Further, in the present embodiment, as described above, after the user inputs the numerical value of the structural parameter to the computer having TCAD, the computer is programmed according to a pre-configured program such as the calculation formula shown in FIG. The coordinates describing the simulation model are automatically calculated from the numerical values of the input structural parameters.
すなわち、従来では、シミュレーションモデルの作成時において、ユーザがコンピュータに、例えば、A点、B点の座標を入力していた。これに対して、本実施形態では、ユーザがコンピュータにAB間の距離を入力することで、この距離からコンピュータが予め組まれたプログラムにより、A点、B点の座標を求めるようにしている。 That is, conventionally, when creating a simulation model, a user inputs, for example, coordinates of points A and B to a computer. On the other hand, in the present embodiment, when the user inputs the distance between AB to the computer, the coordinates of the points A and B are obtained from the distance by a program built in advance by the computer.
そして、コンピュータが算出した座標から、コンピュータにより、シミュレーションモデルを作成するようにしている。 Then, a simulation model is created by the computer from the coordinates calculated by the computer.
このように、座標間の寸法から座標を算出し、算出された座標からシミュレーションモデルを作成するようにすることで、シミュレーションモデルを作成するために、全点の座標をコンピュータに入力する場合と比較して、コンピュータに入力する項目を、減少させることができる。 In this way, by calculating the coordinates from the dimensions between the coordinates and creating the simulation model from the calculated coordinates, compared with the case where the coordinates of all points are input to the computer in order to create the simulation model Thus, items to be input to the computer can be reduced.
これにより、一度シミュレーションしたモデルを別のモデルに変更して、シミュレーションを行う場合、コンピュータに全点の座標を入力する場合と比較して、入力項目が少ないので、コンピュータに全点の座標を入力する場合と比較して、作業効率を向上させることができる。 This allows you to change the model once simulated to another model and perform the simulation, because there are fewer input items than when inputting the coordinates of all points to the computer. Compared with the case where it does, work efficiency can be improved.
また、本実施形態のシミュレーションモデルは、LOCOS酸化膜5の端部におけるテーパ形状がN−型Si層11の表面に平面な面もしくは垂直な面となっている。また、N−型Si層11の表面のうち、LOCOS酸化膜5との境界面が、N−型Si層11の表面に平行な面もしくは垂直な面となっている。また、ゲート電極22のうち、LOCOS酸化膜5との境界面が、N−型Si層11の表面に平面な面もしくは垂直な面となっている。すなわち、本実施形態では、シミュレーションモデルにおいて、LOCOS酸化膜5、ゲート電極22の形状を直方体形状としている。
In the simulation model of the present embodiment, the tapered shape at the end of the
このように、本実施形態のシミュレーションモデルでは、LOCOS酸化膜5とN−型Si層11(SOI基板)との境界面5b、LOCOS酸化膜5とゲート電極22との境界面5c等の異なる材料から構成されている構成部同士の境界面を、SOI基板の主表面に対して平行もしくは垂直な面に近似している。
Thus, in the simulation model of the present embodiment, different materials such as the
ここで、一般に、TCADによるパワーデバイスのシミュレートは、シミュレーションモデルに格子状の線を引き、この線が交差している点(格子点)上で未知数を設定し、変数を計算することにより行われる。なお、この格子状の線を以下ではメッシュと呼ぶ。 Here, in general, power device simulation by TCAD is performed by drawing a lattice-like line on a simulation model, setting an unknown on the point (grid point) where the line intersects, and calculating a variable. Is called. This grid-like line is hereinafter referred to as a mesh.
図14(a)にテーパ形状の構造部を有するシミュレーションモデルにおけるメッシュの一例を示す。図14(a)に示すように、テーパ形状等複雑な形状の構造部を有するシミュレーションモデルを用いて計算する場合では、メッシュ71の形状を複雑にする必要がある。これは、メッシュ71の座標は基本的にxyzの直交座標系で記述されるため、構造部の面が軸からずれ、斜めになるとより多くの座標指定が必要になるからである。
FIG. 14A shows an example of a mesh in a simulation model having a tapered structure portion. As shown in FIG. 14A, when the calculation is performed using a simulation model having a structure portion having a complicated shape such as a tapered shape, the shape of the
そして、TCADにより計算を行う場合、1つの格子点72で交わる線が多いほど、その1点が周りの格子点から受ける影響が大きくなり、計算自体が収束しなくなる傾向がある。
When calculating by TCAD, the more lines that intersect at one
このため、LOCOS酸化膜5のエッジ、コーナ部などが、SOI基板の主表面と平行もしくは垂直ではなく複雑な形状である3次元構造のシミュレーションモデルを作成した場合では、計算時に用いるメッシュの形状が複雑になるため、計算の収束性が低く、計算時間が長くなったり、計算自体ができなくなったりするおそれがある。
For this reason, when a simulation model having a three-dimensional structure in which the edges and corners of the
これに対して、本実施形態では、上記したとおり、例えば、LOCOS酸化膜5のテーパ形状部を直方体に近似したものをシミュレーションモデルとしている。すなわち、LOCOS酸化膜5をx、y、z軸と平行な面により構成したものをシミュレーションモデルとしている。
In contrast, in the present embodiment, as described above, for example, a simulation model is obtained by approximating the tapered portion of the
これにより、図14(b)に示すように、シミュレーションモデルのメッシュ71の形状をシンプルな形状にすることができる。なお、図14(b)は、本実施形態のシミュレーションモデルにおけるLOCOS酸化膜5近傍のメッシュの一例であり、図1中の内部セルにおける斜線領域を矢印方向から見た図である。
Thereby, as shown in FIG.14 (b), the shape of the
このため、本実施形態によれば、例えば、LOCOS酸化膜5のテーパ形状部を直方体に近似しないシミュレーションモデルを用いた場合と比較して、計算の収束性が低下する要因となる不規則なメッシュの数を減少させることができる。
For this reason, according to the present embodiment, for example, an irregular mesh that causes a decrease in the convergence of the calculation as compared with a case where a simulation model that does not approximate the tapered portion of the
この結果、本実施形態によれば、例えば、LOCOS酸化膜5のテーパ形状部を直方体に近似しないシミュレーションモデルを用いた場合と比較して、計算の収束性を上げ、計算時間を短縮させたり、計算自体を可能としたりすることができる。
As a result, according to the present embodiment, for example, compared to the case where a simulation model that does not approximate the tapered shape portion of the
(第2実施形態)
第1実施形態では、実際のLDMOSの構造を内部と周辺部の2種類に分けて考えることで、その2種類の構造に基づいた構造のシミュレーションモデルを作成する場合を例として説明したが、以下に説明するように、LDMOSの構造を2種類だけでなく、さらに多くの構造部に分けて、それらの構造に基づいたシミュレーションモデルを作成することもできる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the case where an actual LDMOS structure is divided into two types, an internal part and a peripheral part, to create a simulation model of a structure based on the two kinds of structures has been described as an example. As described above, the LDMOS structure can be divided not only into two types but also into more structural parts, and a simulation model based on these structures can be created.
図15に本実施形態におけるシミュレーションモデルを示し、図16に、LDMOSの平面レイアウトにおいて、図15のシミュレーションモデルが対応する部位を示す。 FIG. 15 shows a simulation model in the present embodiment, and FIG. 16 shows a portion corresponding to the simulation model of FIG. 15 in the planar layout of the LDMOS.
図16に示すように、LDMOSのセルの平面レイアウトにおいて、セルの種類を内部と周辺部の2つに大きく分類でき、さらに、周辺部2においては、ドレインセル41がコーナに位置するドレインコーナ部(破線領域F)と、ソースセル42がコーナに位置するソースコーナ部(破線領域G)と、コーナ部を除く領域に位置するエッジ部(破線領域C)とに分割することができる。
As shown in FIG. 16, in the planar layout of the LDMOS cell, the cell type can be broadly classified into two types, that is, the inner part and the peripheral part. Further, in the
なお、ドレインコーナ部はドレインセル41が2つのソースセル42に隣接している領域であり、ソースコーナ部はソースセル42が2つのドレインセル41に隣接している領域であり、エッジ部は、例えば、ドレインセル41が3つのソースセル42に隣接している領域である。
The drain corner portion is a region where the
そこで、本実施形態では、図15に示すように、シミュレーションモデルを、内部セル1と、ドレインコーナ部セル2aと、エッジ部セル2bと、ソースコーナ部セル2cとにより構成している。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 15, the simulation model is configured by an internal cell 1, a drain corner cell 2a, an edge cell 2b, and a source corner cell 2c.
ドレインコーナ部セル2aは図16中の破線領域Fをモデル化したものであり、ソースコーナ部セル2cは図16中の破線領域Gをモデル化したものである。なお、内部セル1とエッジ部セル2bは第1実施形態の内部セル1と周辺部セル2と同様の部位をモデル化したものである。
The drain corner cell 2a is a model of the broken line area F in FIG. 16, and the source corner cell 2c is a model of the broken line area G in FIG. The internal cell 1 and the edge cell 2b are obtained by modeling the same parts as the internal cell 1 and the
LDMOSの周辺部は、コーナ部とエッジ部とにおいて、構造が異なっている。そこで、本実施形態のように、内周部セル1と、3種類の周辺部セル2a、2b、2cとを有する構造のシミュレーションモデルを作成することで、第1実施形態と比較して、LDMOSのサージ解析をより正確に行うことができる。 The peripheral portion of the LDMOS has a different structure at the corner portion and the edge portion. Therefore, as in the present embodiment, by creating a simulation model having a structure having the inner peripheral cell 1 and the three types of peripheral cells 2a, 2b, and 2c, the LDMOS is compared with the first embodiment. Surge analysis can be performed more accurately.
(他の実施形態)
(1)上記した各実施形態では、LDMOSのサージ解析を行う場合を例として説明したが、サージ解析に限らず、耐圧計算等の他の特性評価を行うこともできる。
(Other embodiments)
(1) In each of the above-described embodiments, the case where LDMOS surge analysis is performed has been described as an example. However, the present invention is not limited to surge analysis, and other characteristics evaluation such as withstand voltage calculation can also be performed.
図17に、耐圧計算を行う場合における回路構成図を示す。図17に示すように、回路構成を、例えば、ドレイン電極端子25に、10kΩの抵抗65を介して、DC電源66を直列に接続し、ソース電極端子27を接地し、ゲート電極端子29を10kΩの抵抗67を介して、接地した構成とする。
FIG. 17 shows a circuit configuration diagram when the breakdown voltage calculation is performed. As shown in FIG. 17, the circuit configuration is such that, for example, a
このような回路構成をコンピュータに入力し、上記した各実施形態のシミュレーションモデルを用いることで、LDMOSのDC耐圧特性評価を行うこともできる。 By inputting such a circuit configuration into a computer and using the simulation model of each of the embodiments described above, it is possible to evaluate the DC breakdown voltage characteristics of the LDMOS.
(2)上記した各実施形態では、シミュレーションモデルの構造において、内部セル1の種類を1種類とする場合を例として説明したが、内部セル1の種類を2種類以上とすることもできる。 (2) In each of the above-described embodiments, the case where the type of the internal cell 1 is one type in the structure of the simulation model has been described as an example. However, two or more types of the internal cell 1 can be used.
例えば、内部セル1の種類を、実際のLDMOSにおけるセルの平面レイアウトにおいて、複数の内部セル1のうち、中心に位置するセルと、周辺部側に位置するセルとの2種類とすることもできる。 For example, the type of the internal cell 1 can be set to two types of a cell located in the center and a cell located on the peripheral side among the plurality of internal cells 1 in the planar layout of the cells in the actual LDMOS. .
これにより、中心に位置するセルと、周辺部側に位置するセルとでの実際のLDMOSにおける電極の配線抵抗の大きさを再現することができる。 Thereby, it is possible to reproduce the magnitude of the wiring resistance of the electrode in the actual LDMOS between the cell located in the center and the cell located on the peripheral side.
(3)上記した実施形態では、LDMOSを例として説明したが、MOSのN+型Si層47がP+型Si層に置き換わり、ソースがエミッタ、ドレインがコレクタに置き換わったIGBTにおいても、本発明を適用することができる。また、ダイオード、サイリスタ、トライアック、GTOサイリスタ等のパワーデバイスに対する特性シミュレーションを行う場合においても、本発明を適用することができる。
(3) In the above-described embodiment, the LDMOS has been described as an example. However, the present invention also applies to an IGBT in which the N + -
(4)上記した実施形態では、シミュレーションモデルを3次元構造とする場合を例として説明したが、シミュレーションモデルを2次元構造とすることもできる。シミュレーションモデルを2次元構造とした場合においても、上記した各実施形態と同様の効果を得ることができる。 (4) In the above-described embodiment, the case where the simulation model has a three-dimensional structure has been described as an example. However, the simulation model can also have a two-dimensional structure. Even when the simulation model has a two-dimensional structure, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.
なお、シミュレーション対象となる実際のパワーデバイスは、3次元構造であるため、シミュレーションモデルの構造を、2次元構造よりも3次元構造にすることが好ましい。 Since the actual power device to be simulated has a three-dimensional structure, the structure of the simulation model is preferably a three-dimensional structure rather than a two-dimensional structure.
1…内部セル、2…周辺部セル、3…ドレインコンタクト、4…ソースコンタクト、
5…LOCOS酸化膜、6…ゲート酸化膜、12…N型ウェル層、
14…P型ウェル層、16…P+型層、22…ゲート電極、
24、26、28…配線、25…ドレイン電極端子、
27…ソース電極端子、29…ゲート電極端子、
31…第1のドレイン電極用抵抗、32…第2のドレイン電極用抵抗、
33…第1のソース電極用抵抗、34…第2のソース電極用抵抗、
35…第1のゲート電極用抵抗、36…第2のゲート電極用抵抗。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal cell, 2 ... Peripheral cell, 3 ... Drain contact, 4 ... Source contact,
5 ... LOCOS oxide film, 6 ... gate oxide film, 12 ... N-type well layer,
14 ... P-type well layer, 16 ... P + type layer, 22 ... Gate electrode,
24, 26, 28 ... wiring, 25 ... drain electrode terminal,
27 ... Source electrode terminal, 29 ... Gate electrode terminal,
31... First drain electrode resistance, 32... Second drain electrode resistance,
33... First source electrode resistance, 34... Second source electrode resistance,
35... First gate electrode resistor, 36... Second gate electrode resistor.
Claims (7)
前記第1の電極(3、4、22)と並列に電気的に接続された第2の電極(3、4、22)を有する第2のセル(2、2a、2b、2c)と、
前記第1の電極(3、4、22)および前記第2の電極(3、4、22)の両方と配線(24、26、28)により電気的に接続されている電極端子(25、27、29)と、
前記第1の電極(3、4、22)と前記電極端子(25、27、29)とを接続する前記配線(24、26、28)内であって、かつ、前記第2の電極(3、4、22)と前記電極端子(25、27、29)とを接続する前記配線(24a、26a、28a)内に配置されている第1の抵抗(31、33、35)と、
前記第1の電極(3、4、22)と前記電極端子(25、27、29)とを接続する前記配線(24、26、28)内であって、前記第2の電極(3、4、22)と前記電極端子(25、27、29)とを接続する前記配線(24a、26a、28a)内を除く位置(24b、26b、28b)に配置されている第2の抵抗(32、34、36)とを有する構造のシミュレーションモデルを用いて、半導体装置の特性をシミュレートすることを特徴とする半導体装置の特性シミュレーション方法。 A first cell (1) having a first electrode (3, 4, 22);
A second cell (2, 2a, 2b, 2c) having a second electrode (3, 4, 22) electrically connected in parallel with the first electrode (3, 4, 22);
Electrode terminals (25, 27) electrically connected to both the first electrode (3, 4, 22) and the second electrode (3, 4, 22) by wiring (24, 26, 28). 29)
In the wiring (24, 26, 28) connecting the first electrode (3, 4, 22) and the electrode terminal (25, 27, 29), and in the second electrode (3 4, 22) and the first resistor (31, 33, 35) disposed in the wiring (24a, 26a, 28a) connecting the electrode terminal (25, 27, 29);
In the wiring (24, 26, 28) connecting the first electrode (3, 4, 22) and the electrode terminal (25, 27, 29), the second electrode (3, 4, 22) and the electrode terminals (25, 27, 29) and the second resistors (32, 28b, 28b) disposed at positions (24b, 26b, 28b) excluding the inside of the wirings (24a, 26a, 28a). 34, 36), and a semiconductor device characteristic simulation method characterized by simulating the characteristic of the semiconductor device.
第2の抵抗(32、34、36)の抵抗値を第1の抵抗(31、33、35)の抵抗値よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の特性シミュレーション方法。 The first cell (1) is a model of a cell located inside a planar layout in which a plurality of cells are arranged, and the second cell (2, 2a, 2b, 2c) , A model of a cell located around the inner cell in the planar layout,
2. The semiconductor device characteristic simulation method according to claim 1, wherein a resistance value of the second resistor (32, 34, 36) is larger than a resistance value of the first resistor (31, 33, 35). .
前記コンピュータに所定の寸法を入力し、前記コンピュータにより、前記寸法に基づいて、前記複数の座標を算出し、前記シミュレーションモデルを作成するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の特性シミュレーション方法。 The simulation model is created by the computer by the computer calculating based on a plurality of coordinates,
The predetermined size is input to the computer, the plurality of coordinates are calculated based on the size by the computer, and the simulation model is created. Semiconductor device characteristic simulation method.
前記複数の構成部のうち、異なる材料から構成されている構成部(5、11、22)同士の境界面(5a、5b、5c)を、前記半導体基板(17)の主表面に対して平行もしくは垂直な面に近似したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置の特性シミュレーション方法。 The first and second cells (1, 2, 2a, 2b, 2c) are models of cells composed of a plurality of components including a semiconductor substrate,
Of the plurality of components, the boundary surfaces (5a, 5b, 5c) between the components (5, 11, 22) made of different materials are parallel to the main surface of the semiconductor substrate (17). 4. The semiconductor device characteristic simulation method according to claim 1, wherein the method is approximated to a vertical plane.
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